摘要：地磁暴以及高压直流的输电单极回路所呈现的运行方式都很有可能会在交流电网当中形成直流分量。而只直流分量经过变压器的中性点而流入到变压器当中，导致直流偏磁的情况出现，致使变压器铁芯的半周形呈饱和状态。而且导致励磁电流的谐波增加、变压器的局部过热、无功消耗提升以及振动噪声加大等各种问题出现。继而导致继电器以及测量设备的误操作，让电压形成十分大的波动，甚至会形成大范围停电的情况出现，给电网以及其中主要设备稳定的运行形成损害。
关键词：特高压变压器 直流偏磁 计算 无功功率 特性
1无功率的机理以及计算方法
1.1机理
在变压器出现直流偏磁的时候，从中性点流入到直流电流，形成直流磁通，致使变压器磁通的曲线形成整体的上移或者下移，继而导致变压器磁通出现半波饱和的情况。而这种现象会致使励磁电流的幅值增长，正半波跟负半波之间不对称，亦或是波形畸变等各种问题。畸变的电流当中包括基波、直流分量和各个次谐波的分量，其中基波和次谐波都是正弦量，是变压器在直流偏磁的过程当中所形成的无功功率源。而直流偏磁的电流越大的话，直流波所呈现的形变就会越严重，同时无功功率也会增加。电网在规模上通常是比较大的，而且其中所包含的变压器在数量上较为庞大，直流偏磁的时候多个变压器所形成的无功波动将非常有可能会导致系统电压出现不够稳定的情况。
1.2计算方法
在变压器进行直流偏磁的时候，励磁电流的波形会呈现畸变，在偏磁之下的无功功率计算是在非正弦的情况之下无功功率计算的范围。现在针对于非正弦条件之下无功功率具有非常多的定义，而最为突出的要数Budeanu频域分析法以及Fryze时域分析法这两种。前者的计算公式（公式一）是： 。
在这个公式当中，Un和In分别是n次谐波的电压以及电流的有效值。 n是n次谐波在电压跟电流间所形成的相位角。Qn是n次谐波所对应的无功功率。后者所呈现的计算思路主要是将电流依据电压的波形分解成为有效电流（ip）以及无功电流（iq），有效电流所呈现的波形跟电压波形之间呈现的状态时完全相同的。公式二： 。该等式当中，Ip以及Iq分别表示有功电流以及无功电流所对应的有效值。U表示电压的有效值。P、以及QF则是分别表示有用功率以及无用功率。
在Budeanu的计算方法当中，各个次谐波无用功率的计算跟传统计算方法是相互对应的，不过QB并没有较为明确的在物理方面的意义。而且Fryze时域分析的方法也不具备较为明确的意义。因为变压在实施直流偏磁的时候，无功功率会呈现增加的状态，将会影响到系统当中电压所具备的稳定性。所以从系统当中电压稳定性对直流偏磁所形成的危害进行衡量，直流偏磁空载的时候单相变压器所对应无功功率的计算公式（公式三）是： 。在这个公式当中，U1表示增加交流电压对应的有效值，而I1则是在直流偏磁之下空载电流当中基波分量所对应的有效值。而三相特高压形式的变压器对应在空载直流偏磁的情况下，无功功率的计算公式（公式四）为： 。我们经过对公式三以及公式四加以分析之后能够看得出，在空载直流偏磁之下，空载电流是对变压器空载所对应无功功率加以计算最为重要的一个参数。同样的道理，在负载直流出现偏磁的时候，一次测流过电流就是对无用功功率加以计算重要的参数。
2特高压变压器在电流方面的计算方法
在直流偏磁的作用之下，变压器所对应的无功功率主要是跟直流电流的偏置电流、电压和电感等相互关联。因为变压器具有电磁特性，所以利用瞬态场路的耦合法针对特高压变压器处在直流偏磁过程当中的电磁仿真进行计算。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这种方法主要是利用磁场模型来对动态电感进行计算，利用电路模型对瞬态电流进行计算，能够呈现出非常高的稳定性以及准确性。
特高压变压器处在空载运行的时候，就跟所负载电阻无限大一样。特高压形式的变压器跟普通的变压器比较，其铁芯在不饱和的状态当中所形成的磁导率会更大，而且绕组电阻也会更小。这也就是导致了在非常小电流以及电压的情况之下就能够形成非常大的直流电流。这样的大电感串联形式的小电阻电路，非常可能会导致在一千千伏交流电小直流电压在实施循环迭代的计算当中出现数据淹没的情况，继而让计算结果失真。
利用一阶电路的微分方程我们可以得知，如果电阻值越大，计算电流所处的稳定时间越短的话，铁心的饱和速度也就会越快。与此同时，如果电阻值越大，在形成同等直流电流的时候，需要加载的支流电压也就越大，提升了相对比例。所以，需要更为深入的探讨原边串联的电阻值对于计算结果所呈现准确度的影响，继而对各种原边串联的电阻对应的特高压变压器空载直流偏磁进行计算。提升串联电阻，使得变压器之前的电路结构遭到了改变，利用电压补偿的方式，让串联电阻给计算结果所形成的影响消除。经过分析得知，在没有做出电压补偿处理的时候，励磁电流波会出现波形偏移，而在做出电压补偿之后，会使得励磁电流的幅值得到提升，其波形会在正半周的中心位置形成左右对称的情况，这也就说明了电压补偿能够非常有效地将提升串联电阻值所形成电流计算方面的偏差消除。
在实施变压器的空载直流偏磁仿真计算的时候，特高压形式的变压器自身就具备电阻较小以及磁导率较大之类的特征，让电阻是实际电阻的时候所计算出的结果真实性偏离，不能对偏磁做出良好的计算以及分析。我们可以利用提升串联电阻值之类的方法，让计算电流当中的直流分量能够无限接近直流电流所对应的理论值，让直流偏磁的仿真计算具备更强的准确性以及稳定性。受到空载直流偏磁情况之下串联电阻给计算结果所形成的影响，在对负载直流偏磁加以计算的时候一样要采用提升串联电阻，同时做出电压补偿的方式来进行具体的计算。
3结论分析
①对特高压变压器的空载直流偏磁所对应的数值进行计算的时候，会因为直流偏磁电流提升而让波形形成非常严重的畸变。②在变压器处在空载直流偏磁的情况之下，在一定的范围之内，无功功率会由于直流偏磁电流逐步增大，无功功率呈现出线性增加的形式。③在直流偏磁电流相同的时候，在额定负载之下的无功功率，相对应空载之下无功功率会显著的提升。与此同时，与无直流偏磁情况下的无功功率进行比较，在相同的直流偏磁电流的情况之下，空载跟负载所对应的无功增额是大致相等的。
结束语
本文主要针对特高压变压器直流偏磁计算及无功功率特性进行了简要的分析，以期为本行业从业人员提供一些工作上的思路。在今后的研究和应用过程当中，广大从业人员应该积极对国外的一些先进经验加以借鉴，与我国变压器生产加工以及应用的实际情况相结合，继而更好的为我国各行业的发展贡献出自己的力量，为国民经济长期保持高速的发展注入源源不断的动力。
参考文献
[1]王泽忠，谭瑞娟，刘连光，邓涛.特高压变压器直流偏磁计算及无功功率特性分析[J].高压电器，2017，53(02)：101-107.
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[3]王泽忠，谭瑞娟，李书连，王欢，杜建平.基于动态电感-励磁电流曲线的特高压变压器空载直流偏磁计算[J].电工技术学报，2017，32(10)：154-161.
作者简介
卢屹磊（1989-04），男，汉族，河北省石家庄市，从事变压器检修工作；
论文作者:卢屹磊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/23
标签：变压器论文; 电流论文; 功率论文; 电压论文; 电阻论文; 波形论文; 特高压论文; 《电力设备》2017年第26期论文;